Prof. Antônio Carlos Fontes dos Santos. Aula 1: Divisores de tensão e Resistência interna de uma fonte de tensão

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1 IF-UFRJ Elementos de Eletrônca Analógca Prof. Antôno Carlos Fontes dos Santos FIW362 Mestrado Profssonal em Ensno de Físca Aula 1: Dvsores de tensão e Resstênca nterna de uma fonte de tensão Este materal fo baseado em lvros e manuas exstentes na lteratura (vde referêncas) e na nternet e fo confecconado exclusvamente para uso como nota de aula para as prátcas de Laboratóro de Físca Moderna Eletrônca. Pela forma rápda que fo confecconado, algumas partes foram extraídas quase verbatm de outros autores ctados na lsta de referêncas. Trata-se de um texto em processo de constante modfcação. Por gentleza, me nforme os erros que encontrar. O dvsor de tensão é baseado na déa de que em qualquer crcuto em sére a tensão é dretamente proporconal à resstênca. A fgura abaxo mostra um crcuto com dos resstores em sére, consttundo um dvsor de tensão. A resstênca total é gual à soma de todas as resstêncas: R = R 1 + R 2 (1) Usando a defnção de resstênca para calcular a corrente no crcuto: entrada A tensão em cma do resstor R 2 (tensão de saída) é dado por = (2) R R = R= (3) 2 saída 2 entrada R1 + R2 Fg. 1 Dvsor de tensão elementar Resstênca nterna da fonte Idealmente, uma fonte de tensão é um dspostvo que fornece uma tensão ndependentemente da carga, ou seja, do valor de R na equação 2. Mas, na realdade, fontes de tensão possuem resstêncas nternas. A fgura 2 lustra uma fonte deal (esquerda) e uma fonte real (dreta). A resstênca nterna da fonte é representada por r. No prmero caso, a f.e.m da fonte, ε, aparece totalmente em cma da carga, R, para qualquer valor de R. No segundo caso, aparece uma queda de tensão na resstênca nterna da fonte, de modo que a tensão de saída, ou seja, a tensão em cma da carga R é dada por =ε (4) e como a corrente é dada por Resultando em sada r r = ε R+ (5) sada R = ε (6) R+ r 1

2 Ou seja, a tensão de saída depende da carga. A equação 6 mostra que a tensão de saída será gual à f.e.m quando a resstênca nterna da fonte for nula, ou quando a carga R for muto maor do que a resstênca nterna da fonte. Então, para que não sobrecarregar a fonte, devemos utlzar valores altos para R. Em geral, as fontes vêm com ndcação da corrente máxma que podem fornecer de modo a não sobrecarregá-las. No caso do seu protoboard, este valor está em torno de 0,6 A (verfque!). Fg. 2 Esquerda, fonte deal com resstênca nterna, r, nula; Dreta, fonte real com resstênca nterna não nula. Dvsores de tensão carregados Algumas vezes é essencal que a tensão fornecda por um dvsor de tensão permaneça fxa; sto é, a tensão não deve car sgnfcatvamente quando uma carga R L é conectada. Para prevenr tas efetos de carregamento, usamos cargas de valores sufcentemente grandes para que o crcuto dvsor de tensão seja alterado mnmamente. Isto é realzado utlzando os chamados dvsores de tensão frmes ou rígdos. Em um dvsor frme, a carga é no mínmo 10 vezes o valor resstvo da resstênca sobre a qual é conectada (R L = 10.R 2 ). A carga em um dvsor rígdo é no mínmo 100 vezes o valor resstvo da resstênca sobre a qual é conectada (R L = 100.R 2 ). Os concetos de dvsores de tensão frmes e rígdos são mportantes para seleconar o equpamento de teste adequado para medr tensão em crcutos eletrôncos e para estudar crcutos com transstores. Fg. 3 Um dvsor de tensão carregado. 2

3 Prátca: Sua bancada de teste tem uma fonte de tensão smétrca com uma voltagem =±12. Projete um dvsor de tensão que use uma corrente total de (12±1) ma, e cuja saída seja de (5±1). Meça a corrente e a voltagem de saída smultaneamente com dos multímetros dgtas. Compare os valores meddos com os de seu projeto. Não se esqueça de anotar os valores dos resstores escolhdos e suas tolerâncas. Cálculos: a) Resstênca total R b) Resstores ndvduas: R 1 e R 2. Caso não encontre os resstores com os valores exatos, utlze valores próxmos. Cálculos: resstores R 1 (Ω) R 2 (Ω) alor calculado alor utlzado Tolerânca (%) Montagem expermental: a) Desenhe de forma esquemátca o crcuto. Não se esqueça de nclur o amperímetro e o voltímetro. b) alores meddos: Tensão da fonte () Tensão sobre R 1 () Tensão de saída () Corrente (ma) Para casa (entregar na próxma aula) Exercícos: [1] ocê dspõe de uma fonte de + 5 DC e que fornece uma corrente máxma de 0,5 A. Projete um dvsor resstvo que utlze 1 % da corrente máxma da fonte e que almente uma carga com + 3. Qual o valor mínmo da carga de forma que o dvsor seja frme, evtando-se assm efetos de carregamento? [2] Projete um dvsor de tensão que utlzando uma fonte de 15 forneça uma tensão de saída de 6, e drene uma corrente máxma de 0,1 ma. Qual a carga mínma que pode ser conectada ao dvsor? 3

4 [3] Qual deve ser o valor de R L na fgura abaxo para assegurar que a tensão com carga vare não mas que 1 % em relação à tensão sem carga? Referêncas: [1] Davd E. Lalond, John A. Ross, Dspostvos e crcutos eletrôncos olume 1, Makron Books. [2] - Laboratóro de Eletrcdade e Eletrônca, F. G. Capuano e M. A. M. Marno. Ed. Érca Apêndce: códgo de cores de resstores 4

5 cor alor 1 o, 2 o e 3 o dgtos Multplcador Tolerânca Coefcente 10 n de temperatura Prata % Ouro % Preto 0 10 o Marrom % 100 ppm ermelho % 50 ppm Laranja ppm Amarelo ppm erde ,5 % Azul ,25% oleta Cnza ,1 % Branco

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